DNA測序技術綜述

1977年，Sanger團隊完成人類歷史上第一個基因組序列噬菌體X174測序，并在3年后，成為“兩度”獲得諾貝爾化學獎的人（前一次是1958年）。

Sanger測序技術誕生，讓DNA片段的測序成為現實，此后這一技術獨領風騷20多年。再后來的20年里，二代測序走向成熟、三代測序嶄露頭角，DNA測序技術以驚人的速度發展，越過一座又一座的里程碑。

那么，未來40年，DNA測序又將變成什么樣？ 近日，Eric Green、Edward Rubin和Maynard Olson三位科學家發文指出，雖然預測起來很難，但他們認為，DNA測序的發展趨勢將由殺手級應用程序（killer applications）驅動，而不是由殺手級技術（killer technologies）驅動。

測序需求將不斷上漲

技術的改進可能增加需求，也可能減少需求。比爾蓋茨曾以著名的子午線輪胎為例解釋了后者，因為輪胎比早期的設計更耐用，其需求下降使得輪胎工業萎縮。對于DNA測序，作者認為，將遵循計算機和攝影的模式，而不是輪胎模式。

DNA測序朝著“better,cheaper,faster”發展

作者預測，隨著測序變得更精準、更便宜、更快速，應用必將激增，需求將會上漲。當DNA測序突破科研市場，進入臨床、消費者及其他領域，“供應越多意味著需求越多”的規則將愈加明顯。

大量的DNA序列數據以及表型信息的結合，將讓研究人員能夠推斷基因組序列所編碼的生物學功能。更重要的是，解釋數據所需的大部分基礎知識已經準備好了（如細菌基因組的高質量參考序列，或某些基因網絡在健康人群中運行的規則）。

將徹底改變醫學領域

縱觀其他技術，比如智能手機、互聯網和數碼攝影，真正的顛覆者都是應用，而不是新技術。作者確信，DNA測序將徹底改變的一個領域將是醫學。

目前，DNA測序的突破性臨床應用是產前檢測。它通過檢測在母體血液中循環的少量胎兒游離DNA，來檢測染色體的數量異常。據估計，全世界每年大約有400-600萬名孕婦在接受這一檢測，十年內該數字將超過1500萬。作者推斷，未來該應用將呈現“非侵入性、易于開展、對核苷酸水平的準確性要求較低”等特征。

在腫瘤學方面，人們已經投入相當多的資金來開發液體活檢。不難想象，基于DNA序列的癌癥檢測將會成為常規的篩查工具，就像巴氏涂片和結腸鏡檢查。隨著癌癥治療開始針對特定突變，而不是腫瘤類型，液體活檢最終將指導治療干預。

DNA彩色條帶

應用場景相當廣泛

除此之外，作者還設想了DNA測序的各種場景應用，特別是手持式DNA測序儀。

流行病學家可以利用這種裝置來檢測空氣、水、食品、動物和昆蟲載體，甚至是人的咽部標本和體液。DNA測序技術的輕松獲取可以促進“全球病毒組計劃”（Global Virome Project）這樣的項目，以了解傳播疾病的各種病毒。

與此同時，公共衛生專家將討論如何對整個城市污水排放口中所有微生物的DNA進行測序，以加快對疾病暴發的認識；海洋生物學家正在探索通過宏基因組研究系統監測海洋健康的方法。

在街上，便攜式儀器可以將DNA分析帶出犯罪實驗室，使之成為一線警務工具。警方可能會“閱讀”人們的DNA，就像他們現在檢查汽車號牌或身份證件一樣。這使得，廉價便捷的DNA測序為大規模監控提供了可能性。

在家里，DNA測序設備可能會成為繼煙霧報警器和恒溫器之后的下一個“智能”或“連接”設備。一位評論員甚至認為，未來廁所是通過實時DNA測序來監控家庭健康的理想場所。

絆腳石是什么？

當然，作者在文章的最后也提到了DNA測序技術的絆腳石。在短短的40年里，將細胞分子數據用于實際應用的目標已發生變化，由信息挑戰轉變為元信息挑戰。

DNA測序技術也許很快就能納入常規的臨床應用，以分析各種情況下獲得的體液。不過，只有整合數百萬人多年醫療史的數據，才能提供所需的元信息，確定何時忽略這些數據，以及何時采取行動。這是一個挑戰。

醫學方面，作者建議美國國家研究委員會等機構打造一個龐大的“信息共享空間”，把數百萬個人的分子和臨床數據疊加到生殖系基因組序列上。在他們看來，幾十年后，世界上的許多數據（現在居住在硬盤驅動器上或云中）都可能會存儲在DNA中，DNA測序的主要驅動力或許并不是我們尋求解決疾病的方法，而是我們對數據存儲貪得無厭的胃口。

參考資料：

The future of DNA sequencing